Els panells compostos d'acer de titani han rebut una atenció generalitzada en els camps de l'enginyeria del petroli, la química, l'energia i l'enginyeria marina en els últims anys a causa de les seves excel·lents propietats mecàniques de l'acer i la resistència a la corrosió del titani. Tanmateix, quan les plaques compostes d'acer de titani s'apliquen en entorns marins durs, les seves cares extrems pateixen corrosió galvànica a causa de la diferència de potencial entre titani i acer, que deteriora el seu rendiment durant el servei real. Per tant, l'adopció de mètodes adequats per al tractament protector de la cara final de les plaques compostes d'acer de titani és de gran importància i valor. Però actualment, gairebé no hi ha informes rellevants. Més investigació se centra en la preparació de recobriments a la superfície de plaques de titani o acer per millorar el rendiment del servei del substrat, incloent principalment la polvorització tèrmica i el revestiment làser. El procés de polvorització tèrmica té una alta eficiència, un funcionament flexible i senzill, però a causa de l'ampli rang de temperatures de la seva font de calor, els defectes com ara els porus són propensos a produir-se al recobriment i l'estrès tèrmic residual és relativament gran.
1. Preparació del recobriment de titani
El material del substrat és una placa composta d'acer de titani fabricada per Hunan Xiangtou Jintian Titanium Metal Co., Ltd. mitjançant el mètode de conformació al buit. La placa de titani té 1,80 mm de gruix i la placa d'acer té 10,20 mm de gruix, tal com es mostra a la figura 1. Abans de preparar el recobriment de titani, utilitzeu paper de vidre SiC de 220 #, 360 #, 600 #, 800 #, 1000 # i 2000 # per polir el substrat en seqüència, seguida d'una neteja ultrasònica en etanol durant 10 minuts per eliminar contaminants com l'oli i l'òxid a la superfície de la mostra. La pols de titani utilitzada per a la polvorització en fred és Ti-01 produïda per l'Institut de Nous Materials de l'Acadèmia de Ciències de Guangdong, amb una mida de partícules de 50-100 μ m. Després del tamisat, la pols de titani es cou a 120 graus durant 30 minuts per reduir l'impacte de la humitat en la qualitat del recobriment. L'equip de polvorització en fred es va completar a PCS1000 produït per Plasma Giken al Japó.
Utilitzeu una màquina de tall de filferro de descàrrega elèctrica per tallar la mostra per a la caracterització de la microestructura i l'anàlisi de la composició de la secció transversal. Les mostres metal·logràfiques es preparen mitjançant mètodes mecànics de mòlta i poliment. Com a gravador s'utilitza una solució d'etanol d'àcid nítric amb una proporció de volum d'1:19. Les característiques microestructurals es van caracteritzar mitjançant OM (Leica DVM6M) i SEM (Phenom ProX) equipats amb EDS. Examen microscòpic de mostres metalogràfiques
La duresa es va mesurar mitjançant un provador de microduresa Vickers amb un temps de residència d'10 segons i una càrrega de 500 g. Les mesures es van prendre cada 0,4 mm des de la superfície del recobriment fins al substrat. La prova de fricció i desgast adopta una màquina de prova de fricció i desgast alternatiu d'alta velocitat, amb una càrrega de 20 N, un temps de 10 min, una freqüència d'1 Hz, una longitud de prova de 10 mm i boles d'acer GCr15 com a fricció. parella. Abans de la prova electroquímica, la mostra es segella amb resina epoxi, es polida amb paper de vidre metal·logràfic per eliminar els òxids superficials, es neteja amb etanol i aigua pura i, finalment, s'asseca amb aire calent per obtenir una superfície de recobriment neta. L'experiment es realitza a temperatura ambient. El medi experimental és una solució d'aigua de mar simulada (3,5% NaCl), utilitzant un sistema de tres elèctrodes. La mostra és l'elèctrode de treball, el contraelèctrode és una placa de platí i l'elèctrode de referència és un elèctrode de calomel saturat (SCE). L'espectroscòpia d'impedància electroquímica es va provar en una estació de treball electroquímica (CHI760E) amb un potencial de circuit obert, amb una freqüència de prova de 105~10-2Hz i un potencial de pertorbació de 10 mV aplicat. La màquina de prova de corrosió en esprai de sal (EASS-100) de China Electrical Apparatus Research Institute Co., Ltd. s'utilitza per a la prova de polvorització de sal. Segons la prova de corrosió a l'atmosfera - Prova de polvorització de sal (GB 10125-1997), la solució de prova és una solució de NaCl al 5% per fracció de massa i la temperatura a la caixa de polvorització és de 35 graus.
3. La influència de la pressió i la temperatura del gas durant l'alimentació en pols sobre la microestructura i la morfologia dels recobriments de titani
Un dels paràmetres importants en el procés de polvorització en fred és la velocitat crítica de les partícules polvoritzades abans que xoquin amb el substrat. Per a un material de matriu donat, existeix una velocitat crítica a la qual només es poden dipositar partícules amb una velocitat superior a la velocitat crítica per formar un recobriment, mentre que les partícules amb una velocitat inferior a la velocitat crítica rebotaran per formar el recobriment. La velocitat crítica de les partícules de polvorització en fred depèn de factors com ara la densitat del material, el punt de fusió, la resistència a la tracció final i la temperatura inicial de la partícula. Durant el procés de polvorització en fred, metalls com ara Cu, Zn i Al són propensos a una gran deformació plàstica de partícules, donant lloc a recobriments densos. Tanmateix, el Ti, a causa del seu alt punt de fusió, és difícil d'obtenir recobriments densos mitjançant la teoria de deposició de deformació de col·lisió de la polvorització en fred. Tanmateix, estudis rellevants han demostrat que augmentar la temperatura i la pressió del gas d'alimentació en pols pot reduir eficaçment la porositat del recobriment. La porositat del recobriment és un factor clau que afecta el seu rendiment protector. Dins del rang admissible de l'equip, l'autor va investigar la influència de la temperatura i la pressió del gas d'alimentació en pols sobre la microestructura del recobriment de titani.
La figura 2 mostra la morfologia metal·logràfica de mostres de recobriment de titani preparades sota diferents combinacions de paràmetres de pressió i temperatura del gas d'alimentació en pols. A causa del fet que la polvorització en fred pertany al mètode de deposició en estat sòlid, té poc impacte tèrmic sobre el substrat i les partícules no es fonen durant el procés de deposició. Per tant, la placa de titani i la placa d'acer del costat del substrat estan intactes i els recobriments de titani es poden preparar dins del rang de temperatura i pressió del gas d'alimentació en pols estudiat. A la figura 2, es pot veure que la pressió i la temperatura del gas d'alimentació en pols tenen poc efecte sobre el gruix del recobriment. El gruix del recobriment preparat en diverses condicions en el mateix temps de polvorització és comparable, amb un gruix mitjà de 2,70 mm. Tanmateix, els paràmetres del gas d'alimentació en pols tenen un impacte significatiu en l'estructura dels recobriments de titani polvoritzat en fred.
Conclusió
1) Augmentar la temperatura i la pressió del gas d'alimentació en pols durant el procés de polvorització en fred no només ajuda a reduir la porositat del recobriment i millorar-ne la densitat, sinó que també suprimeix la delaminació del recobriment i reforça la unió interna del recobriment. Quan la temperatura i la pressió del gas d'alimentació en pols van augmentar de 800 graus i 3 MPa a 900 graus i 5 MPa, respectivament, la porositat del recobriment va disminuir del 4,25% a l'1,14%.
2) A causa de la baixa temperatura del gas d'alimentació en pols durant la preparació de polvorització en fred dels recobriments de titani, no es va observar cap oxidació significativa en els recobriments de titani preparats, que es componen principalment de Ti metàl·lic. Al mateix temps, en condicions de temperatura i pressió més elevades del gas d'alimentació en pols (900 graus i 5 MPa), el recobriment de titani del costat de la placa composta d'acer de titani té una bona compatibilitat amb el substrat i no hi ha una interfície òbvia a causa de la composició consistent; La interfície entre el recobriment de titani i la placa d'acer és clara i no hi ha una interdifusió significativa d'elements.
3) Augmentar la temperatura o la pressió del gas d'alimentació en pols durant el procés de polvorització en fred és beneficiós per enfortir la deformació plàstica, millorar la densitat del recobriment i, per tant, millorar la microduresa i la resistència al desgast del recobriment. El recobriment de titani preparat amb GCr15 com a parell de fricció, amb una pressió de gas d'alimentació en pols de 5 MPa i una temperatura de 900 graus, va mostrar una taxa de desgast de 0,32 × 10-3mm3/(N · m) després de 10 minuts de desgast sota una càrrega de 20 N.
4) El recobriment de titani ruixat en fred preparat a la cara final de la placa composta d'acer de titani té una bona resistència a la corrosió. Després de 1.000 hores de prova d'esprai de sal neutre, el recobriment està intacte i no hi ha una corrosió evident de l'òxid a la superfície, cosa que indica que el recobriment de titani evita eficaçment que les partícules corrosives penetrin al substrat, millorant així significativament el rendiment del servei de la placa composta d'acer de titani. en el medi marí
